第10章 培优课4 电场中的图像问题（课件PPT）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理必修第三册（人教版2024）

静电场中的能量 第十章　 培优课四　电场中的图像问题 课件使用说明 本课件使用Office2016制作，请使用相应软件打开并使用。 本课件文本框内容可编辑，单击文本框即可进行修改和编辑。 本课件理科公式均采用微软公式制作，如果您是Office2007或WPS 2021年4月份以前的版本，会出现包含公式及数字无法编辑的情况，请您升级软件享受更优质体验。 由于WPS软件原因，少量电脑可能存在理科公式无动画的问题，请您安装Office 2016或以上版本即可解决该问题。 课堂·深度探究 课末·随堂演练 课后·限时作业 [学习目标]　1.理解v－t图像的物理意义，并能结合电场性质分 析带电粒子在电场中的运动（科学思维）.2.理解E－x、φ－ x、Ep－x图像的意义，并能根据图像分析电场中的相关问题 （科学思维）. 返回目录 物理　必修　第三册 　 根据v－t图像的速度变化、斜率变化（即加速度大小的变化），可确定电荷所受电场力的方向与电场力的大小变化情况，进而确定电场的方向、电势的高低及电势能的变化. 考点一　利用v-t图像分析带电粒子在电场中的运动 课堂·深度探究 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题1】（多选）如图甲所示，Q1、Q2为两个固定的点电 荷，其中Q1带负电，a、b、c三点在它们连线的延长线上.现有 一带负电的粒子以一定的初速度沿直线从a点开始向远处运动 经过b、c两点（粒子只受电场力作用），粒子经过a、b、c三 点时的速度分别为va、vb、vc，其速度—时间图像如图乙所示. 以下说法中正确的是（　　） A.Q2一定带负电 B.Q2带的电荷量一定小于Q1带的电荷量 C.b点的电场强度最大 D.粒子由a点运动到c点的过程中，粒子的电势能先增大后减小 返回目录 物理　必修　第三册 　 思维导引：由运动图像判断出粒子运动的特点，可推断出带电 粒子的受力情况，再分析电性、电荷量、电场强度和电势能的 变化. 答案　BD 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　由题图乙知，粒子由a→b减速运动，b→c加速运动.在b点所受合力为零，因Q1带负电，可判断Q2一定带正电，选项A错误；b点的电场强度为0，由点电荷产生的电场的电场强度公式知＝k，因r1＞r2，所以Q1＞Q2，选项B正确；速度—时间图像的斜率表示加速度，由题图乙知，粒子在b点的加速度为0，故受到的静电力为0，b点的电场强度为0，选项C错误；a、b间的电场强度方向向右，b、c间的电场强度方向向左，带 负电的粒子在a、b间受静电力方向向左，在b、c间 受静电力方向向右，该粒子在由a点运动到c点的过 程中，静电力先做负功，后做正功，粒子的电势能 先增大后减小，选项D正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式1】一个负电荷从电场中的A点由静止释放，仅在电场力 作用下沿电场线由A点运动到B点，它运动的v－t图像如图所 示，则A、B两点所在区域的电场线分布情况可能是下列选项 中的（　　） A B C D 答案　C 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　由v－t图像可知，负电荷在电场中做加速度增大的加速 运动，故所受的静电力增大，说明从A到B电场强度越来越 大，电场线逐渐密集，且负电荷受力方向与电场方向相反，故 电场线方向由B指向A，选项C正确，A、B、D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 考点二　电场中的图像问题 1.E－x图像 （1）E－x图像中E的正负反映E的方向，E为正表示其方向与 规定的正方向相同. E的数值反映电场强度的大小，由此可以确定电场的强弱分布. E－x图线与x轴所围的面积表示“两点之间的电势差U”，电 势差的正负由沿电场强度方向电势降低判断. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.φ－x图像 （1）电场强度的大小等于φ－x图线的斜率大小，电场强度为 零处，φ－x图线存在极值，其切线的斜率为零. （2）在φ－x图像中可以直接判断各点电势的高低，并可根据 电势高低关系确定电场强度的方向. （3）φ－x图像中分析电荷移动时电势能的变化，可用WAB＝ qUAB，进而分析WAB的正负，然后作出判断. 返回目录 物理　必修　第三册 　 3.Ep－x图像 （1）由Ep－x图像可知带电粒子在不同位置的电势能，在已知 带电粒子带电量q的情况下，可由φ＝求出任一位置的电势. （2）由Ep－x图像可求出任意两位置对应的电势能的变化量， 进而确定静电力做功情况. （3）由功能关系可得ΔEp＝qE·Δx，即qE＝，所以ΔEp－x 图像切线的斜率表示带电粒子在该位置所受静电力的大小. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【例题2】空间有一沿x轴对称分布的电场，其电场强度E随x变 化的图像如图所示.下列说法正确的是（　　） A.O点的电势最低 B.x2点的电势最高 C.x1和－x1两点的电势相等 D.x1和x3两点的电势相等 返回目录 物理　必修　第三册 　 思维导引：E－x图像反映的是场强随位置变化的关系，其中正 负代表场强的方向，且沿x轴对称分布的电场可想象为两等量 同种正点电荷沿连线的中垂线所产生的电场；另外，图像与x 轴所成的面积代表两点之间的电势差.充分理解这两点是解答 此类问题的关键. 答案　C 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　从O点开始无论沿x轴的正方向还是负方向，面积正负与 电场的正负一致，电势都降低，所以O点的电势最高，选项A 错误；由O点到x2点，电势降低，选项B错误；x1和－x1两点之 间，图像与x轴围成的面积为零，代表两点之间的电势差为 零，选项C正确；由x1点到x3点，电势降低，选项D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 【变式2】（多选）O、A为某电场中一条平直电场线上的两个 点，将电子从O点静止释放，仅在静电力作用下运动到A点， 其电势能随位移x的变化如图所示.则电荷从O到A过程中，下列 说法正确的是（　　） A.静电力一定做正功 B.O点电势比A点电势高 C.从O到A的过程中，电场强度先减小后增大 D.从O到A的过程中，电场强度一直增大 答案　AC 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　由图可知，O到A电势能减小，所以静电力做正功，选 项A正确；因为φ＝且电子带负电，所以电势能越小，电势越 大，所以O点的电势低于A点，选项B错误；因为＝qE，所 以图线的斜率代表静电力，从O到A斜率先减小后增大，故静 电力先减小后增大，电场强度先减小后增大，选项C正确，D 错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课末·随堂演练 1.（v－t图像）（多选）一点电荷仅在静电力的作用下运动， 其速度—时间图像如图所示，其中ta和tb是电荷在电场中经过 a、b两点的时刻，则下列说法正确的是（　　） A.a、b两点电势φa＞φb B.a、b两点电场强度Ea＝Eb C.a、b两点电场强度Ea＞Eb D.点电荷从a到b的过程中静电力做正功，电势能减小 答案　CD 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　图像是速度—时间图像，图像切线的斜率代表加速度， 可判断出ta时刻的加速度大于tb时刻的加速度，由a＝可判断 出a点的电场强度大，选项B错误，C正确；根据动能定理可判 断出从a点运动到b点静电力做正功，所以电势能减小，选项D 正确；因为不知道点电荷的电性，无法判断出a、b两点电势的 高低，选项A错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 2.（E－x图像）真空中两个点电荷Q1、Q2分别固定于x轴上x1＝0和x2＝4a的两点，在它们的连线上场强E与x的关系如图所示（取x轴正方向为场强正方向，无穷远处为零电势点），则下列判断正确的是（　　） A.Q1、Q2都带正电 B.Q1与Q2的电荷量之比是1∶3 C.x轴上a处的电势小于零 D.正点电荷q在x轴上2a处的电势能比在3a处的小 答案　C 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　根据图像可知，场强在0～a沿x轴负方向，在a～4a沿x 轴正方向，所以Q1、Q2都带负电，选项A错误；因为x＝a处场 强为零，则有k＝k，可知Q1与Q2的电荷量之比是 1∶9，选项B错误；由于两个点电荷都带负电，取无穷远处为 零电势点时，电场中各点的电势都小于零，所以x轴上a处的电 势小于零，选项C正确；若正点电荷从2a处运动到3a处，静电 力做正功，电势能减小，选项D错误. 返回目录 物理　必修　第三册 　 3.（φ－x图像）如图所示为某电场中x轴上电势φ随x变化的图像，一个带电粒子仅受静电力作用在x＝0处由静止释放沿x轴正向运动，且以一定的速度通过x＝x2处，则下列说法正确的是（　　） A.x1和x2处的电场强度均为零 B.x1和x2之间的场强方向不变 C.粒子从x＝0到x＝x2过程中，电势能先增大后减小 D.粒子从x＝0到x＝x2过程中，加速度先减小后增大 答案　D 返回目录 物理　必修　第三册 　 解析　φ－x图像的切线斜率在x1和x2处不为零，电场强度不 为零，选项A错误；由切线斜率的正负可知，x1和x2之间的 场强方向先沿x轴负方向后沿x轴正方向，选项B错误；粒子 在x＝0处由静止沿x轴正向运动，表明粒子运动方向与静电 力方向同向，静电力先做正功后做负功，电势能先减小后增 大，选项C错误；由图线的切线斜率可知，从x＝0到x＝x2 过程中电场强度先减小后增大，因此粒子的 加速度先减小后增大，选项D正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 4.（Ep－x图像）（多选）一带负电的粒子只在电场力作用下 沿x轴正方向运动，其电势能Ep随位移x变化的关系如图所示， 其中O～x2段是关于直线x＝x1对称的曲线，x2～x3 段是直线，则下列说法正确的是（　　） A.x1处电场强度最小，但不为零 B.粒子在O～x2段做变加速运动，x2～x3段做匀变速运动 C.x2～x3段的电场强度大小方向均不变，为一定值 D.在O、x1、x2、x3处电势φ0、φ1、φ2、φ3的关系为φ1＞φ2＝φ0＞φ3 返回目录 物理　必修　第三册 　 答案　BCD 解析　由E＝得电场强度与电势的关系E＝，电势能Ep＝qφ，联立可得E＝·，可知Ep－x图像切线的斜率＝qE＝F电，x1处切线斜率为零，所以x1处电场强度为零，选项A错误；由题图可知，O～x1，x1～x2，x2～x3三段图线斜率大小变化情况为变小，变大，不变，则可知三段图线反映的粒子所受静电力变小，变大，不变，选项B、C正确；根据电势能与电势的关系Ep＝qφ，粒子带负电，可知电势能越大，粒子所在处的 电势越低，所以φ1＞φ2＝φ0＞φ3，选项D正确. 返回目录 物理　必修　第三册 　 课后·限时作业 （建议用时：40分钟） 返回目录 物理　必修　第三册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 $$